提高BiVO4和α-Fe2O3可见光光电催化活性和光电化学保护Cu

摘要

经济的快速发展带来的能源短缺是人类目前面临的重要难题，因此寻找清洁高效的新能源就显得尤为重要。太阳能取之不尽、无污染、可再生;氢能燃烧值高、燃烧产物无污染。因此，利用太阳能光催化分解水制氢，成为当今新能源研究热点之一。
　　BiVO4和α-Fe2O3作为可见光催化剂，价格低廉、无毒，是比较理想的光催化分解水材料，但存在光生电子-空穴复合严重、电荷界面转移慢等缺点。虽已采用多种方法提高其光电转换效率，但仍远低于理论最大值，且大多数方法复杂或成本高。本论文以提高其光电化学氧化水性能或光电化学活性为目的，主要采用简单、经济的电化学还原和电沉积等方法对其改性。
　　论文第一部分采用金属有机物分解的方法在铟导电玻璃(ITO)上制备了BiVO4电极，然后在三电极体系中对其电化学还原处理。结果显示，处理后电极光电催化性能有大幅度的提高。采用扫描电镜(SEM)、X射线单晶衍射(XRD)，X射线光电子能谱(XPS)，Raman等方法对其表征，并用电化学阻抗谱(EIS)，Mott-Schottky(M-S)等测试方法研究了其光生电荷界面转移、复合及导电性等性质。结果表明性能提高主要是由于电荷转移加快、复合减少引起。该方法简单、经济、可控性强。
　　第二部分采用溶胶凝胶法在ITO上制备了α-Fe2O3和掺Tiα-Fe2O薄膜电极，然后在其表面电沉积FeOOH。结果显示FeOOH表面修饰后的电极光电催化性能有较大提高。采用SEM、EDS、XRD、Raman等方法对电极进行表征，并结合EIS和M-S等研究了光生电荷界面转移、复合及导电性等。结果证明光电催化性能提高主要是由界面电荷转移加快、复合减少等引起。这为提高赤铁矿光电催化活性提供了新的方法。
　　金属腐蚀给国民经济和人们生活带来巨大损失。传统的牺牲阳极保护法是不断消耗阳极而保护金属阴极，需阶段补偿。半导体光催化技术用于金属防腐蚀寿命长、成本低，但目前大多采用TiO2，只能利用紫外光部分。论文第三部分是利用联吡啶钌(N719)染料敏化TiO2电极对铜进行可见光光电化学保护，研究了体系组成如pH、气体环境、碘离子等对短路光电流的影响。结果显示上述体系可利用可见光实现对铜的保护。这为金属防腐蚀和太阳能利用提供了新视角。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．前言

2．半导体光催化技术研究现状

2．1 半导体光催化的基本原理与特点

2．2 半导体光催化应用

2．3 半导体光催化活性影响因素

2．4 提高半导体光催化活性主要方法

2．5 BiVO4和α-Fe2O3的光电催化性质

3．半导体光催化技术目前存在的主要问题

4．光电化学防腐蚀

4．1 基本原理

4．2 光电化学防腐蚀研究现状

5．论文的选题依据、目的、意义与研究内容

5．1 论文的选题依据、目的、意义

5．2 研究内容

参考文献

第2章 研究方法

1．化学试剂和仪器

1．1 化学试剂、规格和生产厂家

1．2 实验仪器

2．测试方法

2．1 样品表征

2．2 电化学测试

2．3 光电化学测试

2．4 染料吸附相对表面积测试

2．5 铜离子浓度分析

参考文献

第3章 电化学还原处理BiVO4薄膜电极提高光电催化性能

1．前言

2．研究方法

2．1 BiVO4薄膜电极的制备

2．2 电化学还原处理

2．3 光电化学测试方法

2．4 电极结构表征测试方法

3．实验结果与讨论

3．1 电极电还原处理前后的光电性能

3．2 电还原处理对电极形貌、晶体结构和化学组成的影响

3．3 光电化学活性提高机理

4．本章结论

参考文献

第4章 电沉积FeOOH提高α-Fe2O3光电催化活性

1．前言

2．实验方法

2．1 电极制备

2．2 电化学和光电化学测试

3．实验结果与讨论

3．1 电沉积FeOOH前后电极的光电化学性能

3．2 电沉积FeOOH前后的电极形貌、晶体结构和元素组成

3．3 光电性能提高机理

4．本章结论

参考文献

第5章 染料敏化TiO2可见光光电化学保护Cu

1．前言

2．实验方法

2．1 电极制备

2．2 光电化学测试

2．3 铜离子浓度分析

3．实验结果与讨论

3．1 N719染料敏化TiO2薄膜电极吸收光谱

3．2 可见光照时N719染料敏化TiO2薄膜电极的开路电位

3．3 短路光电流与光电化学电池体系组成的关系

3．4 N719染料敏化TiO2薄膜电极可见光光电化学保护Cu

4．本章结论

参考文献

第6章 总结与展望

1．总结

2．工作展望

附录：硕士期间的科研成果

致谢